JP5348089B2 - センサ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、粒子状物質検出センサの検出信号に基づいて粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）の量を算出するセンサ制御装置に関するものである。

従来から、エンジン等から排出されるＰＭの量を検出するＰＭセンサ（粒子状物質検出センサ）が各種提案されている。例えば、特許文献１のＰＭセンサでは、絶縁基板上に一対の対向電極を設けておき、その一対の対向電極間にＰＭが堆積すると電極間抵抗が変化することを利用し、電極間抵抗を計測することでＰＭ量を検出する構成としている。この場合、センサ素子に接続される検出回路としては、一対の対向電極間の抵抗分である電極間抵抗と所定のシャント抵抗とにより分圧回路を構成し、分圧回路の中間点電圧をセンサ検出信号として出力するようにしていた。

特開昭５９−１９６４５３号公報

しかしながら、ＰＭセンサ及び検出回路においては、センサの個体差や経時変化、回路誤差等が存在しており、それに起因してＰＭ量が誤検出されるといった不都合が生じる。具体的には、ＰＭセンサの絶縁基板上に金属片などの異物が付着しそれが除去できない場合や、絶縁基板内の不純物により微弱のリーク電流が流れる場合には、本来生じない筈のセンサ出力が生じたり、センサ出力が本来想定している値よりも大きくなったりして出力誤差が生じる。

本発明は、粒子状物質検出センサの検出誤差を解消し、ひいては粒子状物質の量を精度良く求めることができるセンサ制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

本発明のセンサ制御装置は、ガス中に含まれる導電性の粒子状物質を付着させる被付着部と、前記被付着部に互いに離間して設けられる一対の対向電極とを有し、前記一対の対向電極間の抵抗値に応じた検出信号を出力する粒子状物質検出センサに適用され、該粒子状物質検出センサによるセンサ検出値に基づいて前記粒子状物質の付着量を算出するものである。そして、請求項１に記載の発明では、前記粒子状物質検出センサに接続された信号出力回路を備え、該信号出力回路により所定出力範囲内で前記センサ検出値が変化可能となっており、前記被付着部に付着した粒子状物質を燃焼除去させるべく前記被付着部を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の加熱による粒子状物質の燃焼中に前記センサ検出値を取得し、該取得したセンサ検出値に基づいて前記一対の対向電極の抵抗が減少変化した状態での前記センサ検出値であるセンサ基準値を算出してそのセンサ基準値を学習値として記憶する学習手段と、前記学習手段により記憶したセンサ基準値に基づいて、前記センサ検出値について補正を実施する補正手段と、を備えることを特徴とする。

粒子状物質検出センサでは、被付着部に粒子状物質が付着すると、一対の対向電極間の抵抗値が変化してその抵抗値に応じた検出値が出力されるが、被付着部には粒子状物質が堆積していくことから、定期又は不定期で加熱により粒子状物質の燃焼除去が行われる。

ここで、粒子状物質検出センサにおいて被付着部に付着している粒子状物質は、温度に応じて抵抗値が変化する温度特性を有しており、加熱に伴う温度上昇により抵抗値が低下する。したがって、粒子状物質の燃焼除去に際しては、一対の対向電極間の抵抗値は、加熱開始後に一旦低下し、その後粒子状物質の燃焼除去がある程度進行した時点で一気に増加する。この場合、粒子状物質の燃焼中では、被付着部の加熱による粒子状物質の温度上昇により粒子状物質の抵抗値が小さくなっており、その燃焼中の少なくとも一部の期間において、センサ検出値が、変化可能な出力範囲の限界値に到達した状態になる筈である。ところが、出力誤差が生じていると、燃焼中のセンサ出力値が限界値にならない場合がある。

この点、本発明によれば、粒子状物質の燃焼中に取得したセンサ検出値に基づいて一対の対向電極間の抵抗値が減少変化した状態でのセンサ出力値（第２センサ基準値）を算出し、その第２センサ基準値を学習値として記憶する構成としたため、センサ基準値が本来の出力可能範囲の限界値にならない場合にもその誤差を把握できる。したがって、センサ検出値に対して好適なる補正を実施できる。その結果、粒子状物質検出センサの検出誤差を解消し、ひいては粒子状物質の付着量を精度良く求めることができることとなる。

なお、前記加熱手段は、前記被付着部に一体に設けられた発熱体の発熱により粒子状物質を燃焼除去するもの、周囲ガスの温度（例えば、エンジン排気管内の温度）を粒子状物質の燃焼温度まで上昇させることにより粒子状物質を燃焼除去するものを含む。

請求項２に記載の発明では、前記信号出力回路は、前記一対の対向電極間の抵抗である電極間抵抗と所定のシャント抵抗と電源部とを有してなる分圧回路であり、前記センサ検出値が、前記電極間抵抗と前記シャント抵抗との中間点の電圧として出力されるものである。そして、前記学習手段は、前記加熱手段の加熱による粒子状物質の燃焼中に前記中間点の電圧を取得し、該取得した中間点電圧に基づいて前記センサ基準値を算出する。

粒子状物質検出センサの信号出力手段として、電極間抵抗とシャント抵抗とを有してなる分圧回路が設けられる構成では、その分圧回路の回路誤差が原因で粒子状物質検出センサの検出誤差が生じるとも考えられる。回路誤差の要因としては、シャント抵抗の抵抗値誤差や電源電圧の誤差などが考えられる。この点、請求項２の発明によれば、粒子状物質の燃焼中に取得した中間点電圧に基づいて学習が実施されるため、回路誤差を含めて粒子状物質検出センサの検出誤差を解消することができる。

上記のように粒子状物質検出センサの検出信号が、電極間抵抗とシャント抵抗との中間点電圧として出力される構成では、被付着部における粒子状物質の付着量（すなわち電極間抵抗）と中間点電圧との関係が非線形な特性となる。これを鑑みて、請求項３に記載したように、前記補正手段は、前記センサ基準値に基づいて前記粒子状物質の付着量に応じた異なる補正値を算出し、該補正値により前記補正を実施するとよい。これにより、センサ検出値として出力可能な範囲の限界値に達した状態で学習した基準値を用いて補正を行う構成であっても、粒子状物質の付着量が大小異なる広い範囲内で適切な補正を実現できる。

請求項４に記載の発明では、前記加熱手段の加熱による粒子状物質の燃焼中に前記センサ検出値を取得し、該取得したセンサ検出値に基づいて異常診断を実施する異常診断手段を備える。

粒子状物質検出センサ又は回路部分で異常が発生していると、被付着部の加熱開始後であっても、センサ検出値が本来の値（センサ検出値において変化可能な出力範囲の限界値）である正常値とならず、かつその正常値から大きく外れることが考えられる。この点、上記構成によれば、粒子状物質検出センサや回路部分での異常検出が可能となる。

請求項５に記載の発明では、前記学習手段は、前記加熱手段による加熱開始後において、前記センサ検出値が前記一対の対向電極間の抵抗値が低下する側に変動しその変動量が所定以内となった時点で前記センサ検出値を取得し、該取得したセンサ検出値に基づいて前記センサ基準値を算出する。

被付着部に付着している粒子状物質の燃焼中において、粒子状物質検出センサの検出値が、その検出値において変化可能な出力範囲の限界値になっていなくても、センサ検出値の変動量が小さくなっていれば、その状態が、粒子状物質検出センサから上記限界値が出力されている状態であると把握できる。これに鑑みて、上記構成とすることにより、粒子状物質検出センサの検出誤差が生じる場合にもセンサ基準値を正確に検出できる。

発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図。 センサ素子の要部構成を分解して示す分解斜視図。 ＰＭセンサに関する電気的構成を示す図。 出力誤差学習処理を示すフローチャート。 出力誤差学習処理をより具体的に説明するためのタイムチャート。 ０点学習値によるセンサ出力補正の具体的態様を示す図。 上限学習値によるセンサ出力補正の具体的態様を示す図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、車載エンジンを備える車両エンジンシステムにおいて、同エンジンから排出される排気中のＰＭ量（導電性粒子状物質の量）を監視するものである。特に、エンジン排気管にＰＭセンサを設け、そのＰＭセンサでのＰＭ付着量に基づいてＰＭ量を監視するものとしている。図１は、本システムの概略構成を示す構成図である。

図１において、エンジン１１は直噴式ガソリンエンジンであり、同エンジン１１の運転に関わるアクチュエータとして燃料噴射弁１２や点火装置１３等が設けられている。エンジン１１の排気管１４には排気浄化装置としての三元触媒１５が設けられており、その三元触媒１５の上流側にはＡ／Ｆセンサ１６が設けられ、下流側には粒子状物質検出センサとしてのＰＭセンサ１７が設けられている。その他、本システムでは、エンジン回転速度を検出するための回転センサ１８や、吸気管圧力を検出するための圧力センサ１９等が設けられている。

ＥＣＵ２０は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（マイコン）を主体として構成されており、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１１の各種制御を実施する。すなわち、ＥＣＵ２０は、上記各種センサ等から各々信号を入力し、それらの各種信号に基づいて燃料噴射量や点火時期を演算して燃料噴射弁１２や点火装置１３の駆動を制御する。

また、ＥＣＵ２０は、ＰＭセンサ１７の検出信号に基づいてエンジン１１の実際のＰＭ排出量（実ＰＭ排出量）を算出し、その実ＰＭ排出量に基づいてエンジン１１の燃焼状態を診断する。具体的には、実ＰＭ排出量が所定の異常判定値を超えていれば、ＰＭ排出過多の状態であり、エンジン異常であると判定する。

その他、ＥＣＵ２０は、ＰＭセンサ１７の検出結果から算出される実ＰＭ排出量に基づいて、エンジン１１の制御態様を可変に制御する構成であってもよい。例えば、実ＰＭ排出量に基づいて燃料噴射量を制御したり、燃料噴射時期を制御したり、点火時期を制御したりすることが可能である。

次に、ＰＭセンサ１７の構成、及びそのＰＭセンサ１７に関する電気的構成を図２及び図３を用いて説明する。図２は、ＰＭセンサ１７を構成するセンサ素子３１の要部構成を分解して示す分解斜視図であり、図３は、ＰＭセンサ１７に関する電気的構成図である。

図２に示すように、センサ素子３１は、長尺板状をなす２枚の絶縁基板３２，３３を有しており、一方の絶縁基板３２にはＰＭ量を検出するためのＰＭ検出部３４が設けられ、他方の絶縁基板３３にはセンサ素子３１を加熱するためのヒータ部３５が設けられている。センサ素子３１は、絶縁基板３２，３３が二層に積層されることで構成されている。絶縁基板３２が被付着部に相当する。

絶縁基板３２には、他方の絶縁基板３３とは反対側の基板表面に、互いに離間して設けられる一対の検出電極３６ａ，３６ｂが設けられており、この一対の検出電極３６ａ，３６ｂによりＰＭ検出部３４が構成されている。検出電極３６ａ，３６ｂは、各々複数の櫛歯を有する櫛歯形状をなしており、各検出電極３６ａ，３６ｂの櫛歯同士が互い違いとなるようして所定間隔をあけて対向配置されている。また、ヒータ部３５は例えば電熱線からなる発熱体により構成されている。

ただし、一対の検出電極３６ａ，３６ｂの形状は上記に限定されず、曲線状をなす形状で設けられているものや、各１本の線からなる一対の電極部が所定距離を隔てて平行に対向配置されているものであってもよい。

なお、図示は省略するが、ＰＭセンサ１７は、センサ素子３１を保持するための保持部を有しており、センサ素子３１はその一端側が保持部により保持された状態で排気管に固定されるようになっている。この場合、少なくともＰＭ検出部３４及びヒータ部３５を含む部位が排気管内に位置するように配されるとともに、センサ素子３１において絶縁基板３２（ＰＭ被付着部）が排気上流側を向くようにして、ＰＭセンサ１７が排気管に取り付けられる構成となっている。これにより、ＰＭを含む排気が排気管内を流れる際、そのＰＭが絶縁基板３２において検出電極３６ａ，３６ｂ及びその周辺に付着し堆積する。また、ＰＭセンサ１７は、センサ素子３１の突出部分を覆う保護カバーを有している。

上記構成のＰＭセンサ１７は、排気中のＰＭがセンサ素子３１の絶縁基板３２に付着し堆積すると、それによりＰＭ検出部３４の抵抗値（すなわち一対の検出電極３６ａ，３６ｂ間の抵抗値）が変化すること、及びその抵抗値の変化がＰＭ堆積量に対応していることから、その抵抗値の変化を利用してＰＭ量を検出するものである。

図３に示すように、ＰＭセンサ１７に関する電気的構成として、ＰＭセンサ１７のＰＭ検出部３４の一端側にはセンサ電源４１が接続され、他端側にはシャント抵抗４２が接続されている。センサ電源４１は、例えば定電圧回路により構成されており、定電圧Ｖｃｃが５Ｖとなっている。この場合、ＰＭ検出部３４とシャント抵抗４２とにより分圧回路４０が形成されており、それらの中間点電圧がＰＭ検出電圧Ｖｐｍ（センサ検出値）としてＥＣＵ２０に入力されるようになっている。つまり、ＰＭ検出部３４ではＰＭ堆積量に応じて抵抗値Ｒｐｍが変化し、その抵抗値Ｒｐｍとシャント抵抗４２の抵抗値ＲｓとによりＰＭ検出電圧Ｖｐｍが変化する。そして、そのＰＭ検出電圧ＶｐｍがＡ／Ｄ変換器４３を介してマイコン４４に入力される。

ここで、Ｖｃｃ＝５Ｖ、Ｒｓ＝５ｋΩとすると、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍは次の（１）式で求められる。
Ｖｐｍ＝５Ｖ×５ｋΩ／（５ｋΩ＋Ｒｐｍ） …（１）
このとき、ＰＭ堆積量が０（又は略０）であれば、ＰＭ検出部３４の抵抗値Ｒｐｍは無限大になることから、Ｖｐｍ＝０Ｖとなる。また、ＰＭ検出部３４でのＰＭ堆積によりＰＭ検出部３４の抵抗値Ｒｐｍが例えば１ｋΩまで低下すると、Ｖｐｍ＝４．１６Ｖとなる。こうしてＰＭ検出部３４でのＰＭ堆積量に応じてＰＭ検出電圧Ｖｐｍが変化する。マイコン４４は、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍに応じてＰＭ堆積量を算出する。

分圧回路４０により信号出力回路が構成されており、この分圧回路４０によって０〜５Ｖを出力範囲としてＰＭ検出電圧Ｖｐｍが変化可能となっている。この場合、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍの出力上限値は５Ｖであり、より厳密には５Ｖよりも若干低い４．９５Ｖとなっている。

本実施形態では特に、上記のとおりＰＭ検出部３４にＰＭが堆積した状態、例えばＰＭ検出部３４の抵抗値Ｒｐｍが１ｋΩになった状態でのＰＭ検出電圧Ｖｐｍが「４．１６Ｖ」であり、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍの出力上限値に対して小さくなっている。これは、ＰＭ強制燃焼中におけるＰＭ検出電圧Ｖｐｍの上昇分を見越したものであるが、その詳細については後述する。４．１６〜５Ｖは、ＰＭ強制燃焼中におけるＰＭ検出電圧Ｖｐｍの変化領域となっている。

また、ＰＭセンサ１７のヒータ部３５には、ヒータ電源４５が接続されている。ヒータ電源４５は例えば車載バッテリであり、車載バッテリからの給電によりヒータ部３５が加熱される。この場合、ヒータ部３５のローサイドにはスイッチング素子としてのトランジスタ４６が接続されており、マイコン４４によりトランジスタ４６がオン／オフされることでヒータ部３５の加熱制御が行われる。

絶縁基板３２上にＰＭが堆積した状態でヒータ部３５の通電を開始すると、堆積ＰＭの温度が上昇し、それに伴い堆積ＰＭが強制燃焼される。こうした強制燃焼により、絶縁基板３２に堆積したＰＭが燃焼除去される。マイコン４４は、例えば、エンジン始動時や運転終了時に、又はＰＭ堆積量が所定量になったと判定された時に、ＰＭの強制燃焼要求が生じたとしてヒータ部３５による加熱制御を実施する。

その他、ＥＣＵ２０には、各種の学習値や異常診断値（ダイアグデータ）等を記憶するためのバックアップ用メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ４７が設けられている。

ところで、ＰＭセンサ１７に関しては、当該センサ１７の個体差や経時変化、回路誤差等に起因してセンサ出力に誤差が生じることがある。例えば、ＰＭセンサ１７の絶縁基板３２上に金属片などの異物が付着しそれが除去できない場合や、絶縁基板３２内の不純物により微弱のリーク電流が流れる場合には、本来生じない筈のセンサ出力が生じたり、センサ出力が本来想定している値よりも大きくなったりして出力誤差が生じる。

また、ＰＭセンサ１７の個体差や経時変化、回路誤差等に起因する出力誤差としては、センサ出力が本来の値よりも大きくなること以外に、同センサ出力が本来想定している値よりも小さくなるという出力誤差も考えられる。

そこで本実施形態では、センサ出力誤差の学習を行い、その学習値を用いてセンサ出力を補正することとし、これによりセンサ出力誤差を解消するようにしている。具体的には、センサ出力が本来想定している値よりも大きめとなる出力誤差（正側の出力誤差）に関しては、ＰＭ強制燃焼後におけるセンサ出力に基づいて出力誤差学習値を算出する。つまり、ＰＭ強制燃焼後には、本来は絶縁基板３２上の堆積ＰＭが燃焼除去されてＰＭ堆積量＝０となり、Ｖｐｍ＝０Ｖになる筈であるが、出力誤差が生じているとＶｐｍ≠０Ｖとなる。これを利用して、ＰＭ強制燃焼後におけるセンサ出力（ＰＭ検出電圧Ｖｐｍ）に基づいて出力誤差学習値を算出する。

なお、ＰＭ強制燃焼後に得られる出力誤差学習値は、ＰＭセンサ１７を初期状態にリセットして得られる出力誤差に相当するものであり、以下、この出力誤差学習値を「０点学習値」とも言う。

また、センサ出力が本来想定している値よりも小さめとなる出力誤差（負側の出力誤差）に関しては、ＰＭ強制燃焼中におけるセンサ出力に基づいて出力誤差学習値を算出する。つまり、絶縁基板３２に付着し堆積するＰＭは、温度に対して抵抗値が変化するという温度特性を有しており、高温であるほど抵抗値が小さくなる。この場合、ＰＭ強制燃焼中は、ＰＭ検出部３４の抵抗値が減少変化した状態となり、センサ電極間において電流が最も流れやすい状態になる。そのため、本来はＰＭ検出電圧Ｖｐｍが出力上限値まで上昇し、その出力上限値に張り付いた状態になる筈であるが、出力誤差が生じているとＶｐｍ≠出力上限値となる。これを利用して、ＰＭ強制燃焼中におけるセンサ出力（ＰＭ検出電圧Ｖｐｍ）に基づいて出力誤差学習値を算出する。本実施形態では、出力上限値は５Ｖ付近の値である。

なお、ＰＭ強制燃焼中に得られる出力誤差学習値は、ＰＭセンサ１７における出力上限値の出力誤差に相当するものであるから、以下、この出力誤差学習値を「上限学習値」とも言う。

次に、出力誤差学習の具体的態様を説明する。図４は、出力誤差学習処理を示すフローチャートであり、本処理は、マイコン４４により所定時間ごとに繰り返し実行される。

図４において、ステップＳ１１では、ＰＭセンサ１７について強制燃焼要求が生じているか否かを判定する。本実施形態では、エンジン始動時であること、エンジン運転終了時であること、ＰＭ堆積量が所定量になったこと、前回のＰＭ強制燃焼からのエンジン運転時間や車両走行距離が所定値になったことの少なくともいずれかによりＰＭ燃焼要求フラグがセットされ、それに伴い強制燃焼要求が生じるとしている。

強制燃焼要求が無い場合、ＰＭセンサ１７でのＰＭ強制燃焼処理とそれに伴う学習処理とを実施することなく、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、ＰＭセンサ１７の検出信号としてＰＭ検出電圧Ｖｐｍを取り込み、そのＰＭ検出電圧Ｖｐｍを出力誤差学習値により補正する。出力誤差学習値は、これ以前の学習処理により算出された０点学習値、又は上限学習値であり、ＥＥＰＲＯＭ４７から適宜読み出されて使用される。続くステップＳ１３では、例えば適合により設定した変換マップを用いて、補正後のＰＭ検出電圧Ｖｐｍを変換することでＰＭ堆積量を算出する。

また、強制燃焼要求が有る場合には、ＰＭセンサ１７でのＰＭ強制燃焼処理とそれに伴う学習処理とを実施すべくステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、ＰＭ強制燃焼処理を実施する。具体的には、ＰＭセンサ１７のヒータ部３５の通電をオンする。続くステップＳ１５では、燃焼実行カウンタを１インクリメントする。

なお、ヒータ通電をオンしてからヒータ部３５が所定の高温状態になるまでには遅れがある。そこで、ヒータ通電のオン後にヒータ抵抗を検出し、そのヒータ抵抗が所定値（高温状態であることの判定値）に到達してから燃焼実行カウンタのカウントアップを開始する構成であってもよい。

その後、ステップＳ１６，Ｓ１７では、燃焼実行カウンタのカウンタ値の判定を実施する。すなわち、ステップＳ１６では、燃焼実行カウンタのカウンタ値が所定の判定値Ｋ１以下であるか否かを判定する。また、ステップＳ１６がＮＯとなる場合に、ステップＳ１７では、燃焼実行カウンタのカウンタ値が所定の判定値Ｋ２以上であるか否かを判定する。ここで、Ｋ１＜Ｋ２である。また、判定値Ｋ１は、強制燃焼処理の開始後（ヒータ通電の開始後）において、ＰＭの燃焼開始までに要する時間、より具体的には、ＰＭ検出部３４の抵抗値が減少変化して、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが出力上限値に張り付いた状態になるのに要する時間が経過したことを判定するためのしきい値であり、判定値Ｋ２は、強制燃焼により堆積ＰＭの燃焼除去が完了するのに要する時間が経過したことを判定するためのしきい値である。

かかる場合、カウンタ値≦Ｋ１の場合にはステップＳ１８に進み、上限値学習処理を実施する（ステップＳ１８〜Ｓ２２）。また、カウンタ値≧Ｋ２の場合にはステップＳ２２に進み、０点学習処理を実施する（ステップＳ２３〜Ｓ２７）。Ｋ１＜カウンタ値＜Ｋ２の場合にはそのまま一旦処理を終了する。

カウンタ値≦Ｋ１であり上限値学習処理を実施する場合、ステップＳ１８では、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍを取得し、続くステップＳ１９では、前記取得したＰＭ検出電圧Ｖｐｍに基づいてＰＭ強制燃焼の実施中においてＰＭ検出電圧Ｖｐｍが安定したか否かを判定する。ステップＳ１９は、ヒータ通電開始に伴いＰＭ検出電圧Ｖｐｍが上昇し一定の値に張り付いた状態になったことを判定する処理であり、Ｖｐｍの変動量が所定以下となった場合にＹＥＳと判定される。ステップＳ１９がＹＥＳの場合、ステップＳ２０に進み、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが所定の異常判定値ＫＥ１以上であるか否かを判定する。なお、異常判定値ＫＥ１は、燃焼前期間においてＰＭ検出電圧Ｖｐｍが所定の電圧レベルまで上昇しない場合に異常有りと判定するためのしきい値である。

ステップＳ２０がＹＥＳの場合、ステップＳ２１に進んで上限値学習を実施する。このとき、現時点でのＰＭ検出電圧Ｖｐｍを上限学習値とし、その上限学習値をＥＥＰＲＯＭ４７に記憶する。なお、ステップＳ１９及びＳ２０で肯定判定された後に取得したＰＭ検出電圧Ｖｐｍが第２センサ基準値に相当する。上限値学習に際しては、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが安定化した期間内で、同ＰＭ検出電圧Ｖｐｍの平均値又はなまし値を算出し、その算出した値（第２センサ基準値）を上限学習値とするとよい。或いは、他に比べて変動が大きいＶｐｍ値を除外したり、前回学習値からの更新量を制限したりして算出した値（第２センサ基準値）を上限学習値としてもよい。

また、ステップＳ２０がＮＯの場合、ステップＳ２２に進み、ＰＭセンサ１７の出力が異常であると判定する。このとき、ＰＭセンサ１７の出力異常を表す異常診断データ（ダイアグデータ）をＥＥＰＲＯＭ４７に記憶する。

一方、カウンタ値≧Ｋ２であり０点学習処理を実施する場合、ステップＳ２３では、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍを取得し、続くステップＳ２４では、前記取得したＰＭ検出電圧Ｖｐｍに基づいてＰＭ燃焼除去後においてＰＭ検出電圧Ｖｐｍが安定したか否かを判定する。ステップＳ２４は、ＰＭ燃焼除去に伴いＰＭ検出電圧Ｖｐｍが低下し、０点付近で収束したことを判定する処理であり、Ｖｐｍの変動量が所定以下となった場合にＹＥＳと判定される。ステップＳ２４がＹＥＳの場合、ステップＳ２５に進み、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが所定の異常判定値ＫＥ２以下であるか否かを判定する。なお、異常判定値ＫＥ２は、ＰＭ燃焼除去後においてＰＭ検出電圧Ｖｐｍが所定の電圧レベルまで低下しない場合に異常有りと判定するためのしきい値である。

ステップＳ２５がＹＥＳの場合、ステップＳ２６に進んで０点学習を実施する。このとき、現時点でのＰＭ検出電圧Ｖｐｍを０点学習値とし、その０点学習値をＥＥＰＲＯＭ４７に記憶する。なお、ステップＳ２４及びＳ２５で肯定判定された後に取得したＰＭ検出電圧Ｖｐｍが第１センサ基準値に相当する。０点値学習に際しては、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが安定化した期間内で、同ＰＭ検出電圧Ｖｐｍの平均値又はなまし値を算出し、その算出した値（第１センサ基準値）を０点学習値とするとよい。或いは、他に比べて変動が大きいＶｐｍ値を除外したり、前回学習値からの更新量を制限したりして算出した値（第２センサ基準値）を上限学習値としてもよい。

また、ステップＳ２５がＮＯの場合、ステップＳ２７に進み、ＰＭセンサ１７の出力が異常であると判定する。このとき、ＰＭセンサ１７の出力異常を表す異常診断データ（ダイアグデータ）をＥＥＰＲＯＭ４７に記憶する。

図５は、出力誤差学習処理をより具体的に説明するためのタイムチャートである。

図５において、タイミングｔ１では、ＰＭ燃焼要求フラグがセットされ、それに伴いＰＭセンサ１７のヒータ部３５への通電が開始されることで、ヒータ抵抗が上昇する。タイミングｔ１では、燃焼実行カウンタのカウントアップが開始される。また、タイミングｔ１では、ＰＭセンサ１７（絶縁基板３２）に堆積している堆積ＰＭの温度上昇により電極間抵抗が小さくなり、それに伴いＰＭ検出電圧Ｖｐｍが上昇する。

タイミングｔ１〜ｔ２は、ヒータ部３５による加熱開始に伴い一対の検出電極３６ａ，３６ｂ間の抵抗（ＰＭ抵抗）が減少した状態になる期間、すなわち、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが上昇して出力上限値付近で張り付いた状態になる期間であり、この期間において上限値学習が実施される。このとき、図中に一点鎖線で示すように正常値（実線）に対してＰＭ検出電圧Ｖｐｍが小さくなる場合に、そのＰＭ検出電圧Ｖｐｍが上限学習値として算出される。そして、タイミングｔ２では、燃焼実行カウンタがＫ１よりも大きくなり、上限値学習が完了したのに伴い上限学習終了フラグがセットされる。

タイミングｔ２以降、堆積ＰＭが燃焼除去されることにより、一対の検出電極３６ａ，３６ｂ間の抵抗（ＰＭ抵抗）が増加側に変動し、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが０Ｖ付近まで一気に低下する。そして、タイミングｔ３では、燃焼実行カウンタがＫ２に達し、ＰＭ燃焼除去が完了したとしてＰＭ燃焼終了フラグがセットされるとともに、０点学習が開始される。このとき、図中に一点鎖線で示すように正常値（実線）に対してＰＭ検出電圧Ｖｐｍが大きくなる場合に、そのＰＭ検出電圧Ｖｐｍが０点学習値として算出される。そして、タイミングｔ３では、０点学習の完了に伴い０点学習終了フラグがセットされる。

なお、図５では説明の便宜上、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍの上限値ずれと０点ずれとを同一チャートに示すが、これら上限値ずれと０点ずれとは常に同時に生じるものではなく、都度の事象に応じて各々個別に生じるものとなっている。また、図５では、ＰＭ燃焼中においてＰＭ検出電圧ＶｐｍがＫＥ１以上であり、かつＰＭ燃焼除去後においてＰＭ検出電圧ＶｐｍがＫＥ２以下である正常時の挙動が示されている。

その後、タイミングｔ４では、一連の強制燃焼処理が終了したとして、ヒータ通電がオフされるとともに、ＰＭ燃焼要求フラグがリセットされる。

図６及び図７は、出力誤差学習値によるセンサ出力補正の具体的態様を示す図である。このうち、図６は、０点ずれ（正側の出力誤差）の補正について示し、図７は、上限値ずれ（負側の出力誤差）の補正について示す。図中、実線は、出力誤差が生じていない本来のセンサ出力特性を示し、破線は、出力誤差が生じている時のセンサ出力特性を示す。

ＰＭセンサ１７の出力特性として、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍは、ＰＭ検出部３４でのＰＭ堆積量に応じて変化し、出力誤差が生じていない場合には、図の実線に示すように、ＰＭ堆積量＝０ではＶｐｍ＝０であり、ＰＭ堆積量が増加するにつれてＶｐｍが徐々に増加する。また、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍは分圧回路を利用して検出される値であることから、Ｖｐｍの出力特性は非線形となっており、Ｖｐｍは、ＰＭ堆積量の増加に伴い電圧Ｖｃｃ（５Ｖ）に徐々に近付いていき、やがてＶｃｃに達する直前の値で安定化する。

さて、センサ出力が本来想定している値よりも大きめとなる出力誤差が生じている場合（図６の場合）には、その出力誤差を解消するべく、センサ出力特性に対して、Ｖｐｍを小さくする側の補正を行う。このとき、例えば図６（ａ）に示すように、０点学習処理によって取得した０点学習値をＶｐｍ補正値とし、ＰＭ堆積量全域に対し、ＶｐｍがそのＶｐｍ補正値だけ一律に小さくなるようにセンサ出力特性を補正する。

あるいは、図６（ｂ）に示すように、ＰＭ堆積量が０になる場合と、０よりも多い場合とで、０点学習値に基づいて異なるＶｐｍ補正値を算出し、その算出したＶｐｍ補正値に応じてセンサ出力特性の補正を実施してもよい。この場合、ＰＭ堆積量＝０ではＶｐｍ補正量を０点学習値とし、ＰＭ堆積量が０よりも多いほどＶｐｍ補正量が０点学習値に対して小さくなるように、ＰＭ堆積量ごとにＶｐｍ補正量を定める。そして、各ＰＭ堆積量において、ＶｐｍがそのＶｐｍ補正値だけ小さくなるようにセンサ出力特性を補正する。

また、センサ出力が本来想定している値よりも小さめとなる出力誤差が生じている場合（図７の場合）には、その出力誤差を解消するべく、センサ出力特性に対して、Ｖｐｍを大きくする側の補正を実施する。このとき、例えば図７（ａ）に示すように、上限値学習処理によって取得した上限学習値をＶｐｍ補正値とし、ＰＭ堆積量全域に対し、ＶｐｍがＶｐｍ補正値だけ一律に大きくなるようにセンサ出力特性を補正する。

あるいは、図７（ｂ）に示すように、ＰＭ堆積量に応じて異なるＶｐｍ補正値を算出し、その算出したＶｐｍ補正値によりセンサ出力特性の補正を実施してもよい。この場合、Ｖｐｍの安定化領域では、Ｖｐｍ補正値を上限学習値とし、Ｖｐｍの安定化領域に対してＰＭ堆積量が少なくなるほどＶｐｍ補正量を上限学習値よりも小さくし、ＰＭ堆積量＝０でＶｐｍ補正量が０になるように、ＰＭ堆積量ごとにＶｐｍ補正量を定める。そして、各ＰＭ堆積量において、ＶｐｍがＶｐｍ補正値だけ大きくなるようにセンサ出力特性を補正する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

ＰＭの燃焼除去直後に取得したＰＭ検出電圧Ｖｐｍに基づいて絶縁基板３２からＰＭを除去した状態でのＰＭ検出電圧Ｖｐｍ（第１センサ基準値）を算出し、そのＶｐｍを０点学習値として記憶する構成としたため、ＰＭの燃焼除去後においてＰＭ検出電圧Ｖｐｍが本来の値（ＰＭ堆積量＝０に相当する値）とならない場合にもその誤差を把握できる。したがって、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍに対して好適なる補正を実施できる。その結果、ＰＭセンサ１７の検出誤差を解消し、ひいてはＰＭ堆積量を精度良く求めることができる。

また、ＰＭの燃焼中に取得したＰＭ検出電圧Ｖｐｍに基づいてＰＭ検出部３４の抵抗が減少変化した状態でのＰＭ検出電圧Ｖｐｍ（第２センサ基準値）を算出し、そのＶｐｍを上限学習値として記憶する構成としたため、ＰＭの燃焼中においてＰＭ検出電圧Ｖｐｍが本来の値（出力上限値）とならない場合にもその誤差を把握でき、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍに対して好適なる補正を実施できる。

特に本実施形態では、上限値学習及び０点学習の両方を実施するため、ＰＭセンサ１７の検出誤差が、ＰＭ堆積量＝０に相当する側と出力上限値側とのいずれに生じた場合であっても対処することができる。

ＰＭセンサ１７の信号出力手段として、ＰＭ検出部３４とシャント抵抗４２とにより形成される分圧回路４０を備え、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが、ＰＭ検出部３４とシャント抵抗４２との中間点の電圧として出力される構成としたため、分圧回路４０の回路誤差が原因でＰＭセンサ１７の検出誤差が生じることが考えられるところ、その中間点電圧に基づいて出力誤差学習が実施されるため、回路誤差を含めてＰＭセンサ１７の検出誤差を解消することができる。

ＰＭ堆積量＝０となる場合とそれよりも多い場合とで、０点学習値に基づいて異なる補正量によりＰＭ検出電圧Ｖｐｍの補正を実施する構成とすることにより、０点学習値を用いる補正であっても、ＰＭ堆積量が大小異なる広い範囲内で適切な補正を実現することができる。

また、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍの補正に際し、上限学習値に基づいてＰＭ堆積量に応じた異なる補正値を定める構成とすることにより、上限学習値を用いる補正であっても、ＰＭ堆積量が大小異なる広い範囲内で適切な補正を実現することができる。

ヒータ部３５の加熱によるＰＭの燃焼中又は燃焼除去直後に取得したＰＭ検出電圧Ｖｐｍに基づいて異常診断を実施する構成としたため、ＰＭセンサ１７や回路部分での異常検出を実現できる。

ヒータ部３５による加熱開始後において、ＰＭ検出電圧ＶｐｍがＰＭ検出部３４の抵抗値が増加する側に変動しその変動量が所定以内になった時点で取得したＰＭ検出電圧Ｖｐｍを０点学習値とする構成としたため、ＰＭセンサ１７の検出誤差が生じＶｐｍ＝０にならない場合において、０点学習値を正確に求めることができる。

また同様に、ヒータ部３５による加熱開始後において、ＰＭ検出電圧ＶｐｍがＰＭ検出部３４の抵抗値が減少する側に変動しその変動量が所定以内になった時点で取得したＰＭ検出電圧Ｖｐｍを上限学習値とする構成としたため、ＰＭセンサ１７の検出誤差が生じＶｐｍが出力上限値にならない場合において、上限学習値を正確に求めることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・上限値学習に際し、ＰＭの強制燃焼の実施期間において、ピークホールド処理によりＰＭ検出電圧Ｖｐｍの最大値Ｖｍａｘを取得し、そのＰＭ検出電圧Ｖｐｍの最大値Ｖｍａｘに基づいて上限学習値を算出する構成としてもよい。この場合、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが出力上限値付近で張り付いた状態になる前のセンサ出力や、ＰＭ検出部３４の抵抗値が増加する側に減少した後のセンサ出力に基づき上限値学習が実施されるのを回避することができ、センサ検出値の補正をより適切に行う上で好ましい。

・上記実施形態では、信号出力回路として図３に示す分圧回路４０を用いたが、これを変更してもよい。例えば、分圧回路を構成するＰＭ検出部３４とシャント抵抗４２との接続を逆にし、ＰＭ検出部３４をローサイド、シャント抵抗４２をハイサイドに設ける構成としてもよい。本構成では、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍは次の（２）式で求められることとなる。
Ｖｐｍ＝５Ｖ×Ｒｐｍ／（Ｒｓ＋Ｒｐｍ） …（２）
なお、ＲｐｍはＰＭ検出部３４の抵抗値、Ｒｓはシャント抵抗４２の抵抗値（例えば５ｋΩ）である。

かかる場合、ＰＭ堆積量が０（又は略０）であればＶｐｍ＝５Ｖとなる。この５Ｖが０点に相当する。また、ＰＭ堆積によりＰＭ検出部３４の抵抗値Ｒｐｍが例えば１ｋΩまで低下すると、Ｖｐｍ＝０．８３Ｖとなる。分圧回路４０の電圧範囲が０〜５Ｖであり、０〜０．８３Ｖは、ＰＭ強制燃焼中におけるＰＭ検出電圧Ｖｐｍの変化領域となっている。

・０点学習に際し、燃焼実行カウンタがＫ２以上であること、及びＰＭ燃焼除去後においてＰＭ検出電圧Ｖｐｍが安定したこと、のいずれかの条件が成立した場合に、ＰＭの燃焼除去直後であるとして、０点学習を実行する構成としてもよい。

・燃焼実行カウンタがＫ１以下であること、及びヒータ部３５による加熱開始後においてＰＭ検出電圧Ｖｐｍの上昇後にＰＭ検出電圧Ｖｐｍが安定したこと、のいずれかの条件が成立した場合に上限値学習を実行する構成としてもよい。

・ヒータ抵抗値を算出するヒータ抵抗算出手段を設け、算出したヒータ抵抗値に基づいてＰＭの燃焼中又は燃焼除去直後であることを判定して、０点学習又は上限値学習を実行する構成とする。ヒータ抵抗算出手段は、例えば、ヒータ通電時におけるヒータ抵抗電圧（バッテリ電圧）とヒータ電流とを検出し、それらの検出値に基づいてヒータ抵抗値を算出するものである。この場合、ヒータ部３５によるＰＭの加熱開始後において、ヒータ抵抗値が減少側に変化した場合に、ＰＭの燃焼除去直後であるとして、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍを取得して０点学習を実行する。また、ヒータ部３５によるＰＭの加熱開始後にヒータ抵抗の検出値が増加側に変化した場合に、ＰＭの燃焼中であるとして、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍを取得して上限値学習を実行する。

・ヒータ部３５の通電開始からの電力量を算出し、その電力量に基づいてＰＭの燃焼除去直後であることを判定して０点学習を実行する構成としてもよい。また、上記の電力量に基づいてＰＭの燃焼中であることを判定して上限値学習を実行する構成としてもよい。

・排気通路においてＰＭセンサ１７の下流側に、センサ素子温度又は排ガス温度を検出する手段（センサ等）を設け、その検出温度に基づいてＰＭ燃焼中であることを判定して上限値学習を実行する。または、検出温度に基づいてＰＭの燃焼除去直後であることを判定して０点学習を実行する。このとき、検出温度が上昇しているか又は所定の高温度以上の場合にＰＭ燃焼中であると判定し、検出温度が降下している場合にＰＭ燃焼除去直後であると判定する。

・ＰＭの燃焼中又は燃焼除去直後に取得したＰＭ検出電圧Ｖｐｍの変動量に基づいて、ＰＭセンサ１７の異常診断を実施する構成としてもよい。このとき、ＰＭ検出電圧Ｖｐｍの変動量が判定値以上である場合に異常有りと判定する。

・ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが異常判定値ＫＥ２以下であるか否かにかかわらず、０点学習を実行する構成としてもよい。この場合、０点学習処理により取得した０点学習値に基づいて、ＰＭセンサ１７の異常診断を実施する構成としてもよく、具体的には、０点学習値が、予め設定した製品バラつき範囲から外れる場合に、ＰＭセンサ１７の異常有りと判定する構成としてもよい。

・ＰＭ検出電圧Ｖｐｍが異常判定値ＫＥ１以上であるか否かにかかわらず、上限値学習を実行する構成としてもよい。この場合、上限値学習処理により取得した上限学習値に基づいて、ＰＭセンサ１７の異常診断を実施する構成としてもよく、具体的には、上限学習値が、予め設定した製品バラつき範囲から外れる場合に、ＰＭセンサ１７の異常有りと判定する構成としてもよい。

・上記実施形態では、ＰＭ強制燃焼のための加熱手段として、絶縁基板３２と一体にヒータ部３５を設ける構成としたが、ＰＭセンサ１７の周囲ガスの温度（例えば、エンジン排気管内の温度）をＰＭの燃焼温度まで上昇させる構成としてもよい。この場合、例えば、エンジンの燃焼制御により排気温度を上昇させる構成や、ヒータ部３５とは別の加熱手段（ヒータ等）を排気管に設ける構成とする。

・エンジン排気管にＰＭを捕集するためのＰＭフィルタを設け、その下流側又は上流側の少なくともいずれかにＰＭセンサを設けた構成において、ＰＭセンサの検出値に基づいてＰＭフィルタの再生タイミングを制御する構成としてもよい。また、ＰＭセンサの検出値に基づいて、ＰＭフィルタの故障診断を実施する構成としてもよい。

・上記実施形態では、直噴式ガソリンエンジンについての適用を例示したが、他の形式のエンジンにも適用できる。例えば、ディーゼルエンジン（特に、直噴式ディーゼルエンジン）に適用することとし、ディーゼルエンジンの排気管に設けられたＰＭセンサについて本発明を用いることも可能である。また、エンジンの排気以外のガスを対象としてＰＭ量を検出するものであってもよい。

１１…エンジン、１７…ＰＭセンサ（粒子状物質検出センサ）、２０…ＥＣＵ、３２…絶縁基板（被付着部）、３４…ＰＭ検出部、３５…ヒータ部（加熱手段）、３６ａ，３６ｂ…検出電極（対向電極）、４０…分圧回路（信号出力回路）、４４…マイコン（加熱手段、学習手段、補正手段）。

Claims (5)

1. ガス中に含まれる導電性の粒子状物質を付着させる被付着部と、前記被付着部に互いに離間して設けられる一対の対向電極とを有し、前記一対の対向電極間の抵抗値に応じた検出信号を出力する粒子状物質検出センサに適用され、該粒子状物質検出センサによるセンサ検出値に基づいて前記粒子状物質の付着量を算出するセンサ制御装置において、
   前記粒子状物質検出センサに接続された信号出力回路を備え、該信号出力回路により所定出力範囲内で前記センサ検出値が変化可能となっており、
   前記被付着部に付着した粒子状物質を燃焼除去させるべく前記被付着部を加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段の加熱による粒子状物質の燃焼中に前記センサ検出値を取得し、該取得したセンサ検出値に基づいて前記一対の対向電極の抵抗が減少変化した状態での前記センサ検出値であるセンサ基準値を算出してそのセンサ基準値を学習値として記憶する学習手段と、
   前記学習手段により記憶したセンサ基準値に基づいて、前記センサ検出値について補正を実施する補正手段と、
   を備えることを特徴とするセンサ制御装置。
2. 前記信号出力回路は、前記一対の対向電極間の抵抗である電極間抵抗と所定のシャント抵抗と電源部とを有してなる分圧回路であり、前記センサ検出値が、前記電極間抵抗と前記シャント抵抗との中間点の電圧として出力されるものであり、
   前記学習手段は、前記加熱手段の加熱による粒子状物質の燃焼中に前記中間点の電圧を取得し、該取得した中間点電圧に基づいて前記センサ基準値を算出する請求項１に記載のセンサ制御装置。
3. 前記補正手段は、前記センサ基準値に基づいて前記粒子状物質の付着量に応じた異なる補正値を算出し、該補正値により前記補正を実施する請求項２に記載のセンサ制御装置。
4. 前記加熱手段の加熱による粒子状物質の燃焼中に前記センサ検出値を取得し、該取得したセンサ検出値に基づいて異常診断を実施する異常診断手段を備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載のセンサ制御装置。
5. 前記学習手段は、前記加熱手段による加熱開始後において、前記センサ検出値が前記一対の対向電極間の抵抗値が低下する側に変動しその変動量が所定以内となった時点で前記センサ検出値を取得し、該取得したセンサ検出値に基づいて前記センサ基準値を算出する請求項１乃至４のいずれか一項に記載のセンサ制御装置。

Images